JPH0231049A - 自動変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は主として負荷の変化に対応してその変速比を
自動的に変化できるようにした自動変速装置で、特に自
転車の自動変速装置に用いて好適である。

（従来の技術） 従来自転車に使用される変速機の多くは、変速レバーに
より手動にて変速段を変えケことにより所望の変速比が
得られるようになっており変速ギヤが外部に露出した外
装式の変速機や変速ギヤが車軸内に設けられた内装式の
変速機が公知である。

（発明が解決しようとする課題） しかし従来の自転車用変速機は、走行中変速レバーによ
り変速ギヤを切換える操作を必要とし、操作が煩雑であ
ると同時に、変速段数の多い変速機の場合、操作時にハ
ンドルから手を離す必要があり安全性に問題があるなど
の不具合がある。

また自動車等には２手動による変速操作を必要としない
で変速比が変えられるようにした自動変速機が搭載され
ていて、操作性の改善と安全性の向上を図ったものもあ
るが、自動車用の自動変速機は、構造が複雑で、かつ大
型大重量・のため、自転車の変速機に採用することは困
難であるなどの不具合を有する。

この発明は上記の不具合を改善する目的でなされたもの
で、走行中面倒な変速操作を必要とせず、しかも小型軽
量で自転車等にも容易に搭載できる自動変速装置を提供
しようとするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）この発明は上記
目的を達成するために、ペダルにより回転される回転軸
に対して偏心して支承され、かつ内周部に上記回転軸と
ともに回転される圧接係合子が選択係合される複数個の
それぞれ中心からの間隔が異なる係止部を有するクラッ
チリングと、上記クラッチリングと一体に回転され、か
つ外周部に複数のチェーンホイールに選択係合される係
合突起を有する動力伝達部材と、上記圧接係合子をクラ
ッチリングの内面に圧接するごとく外周方向へ付勢する
付勢手段と、上記複数のチェーンホイールの回転を後輪
側に設けられたチェーンホイールにそれぞれ伝達する伝
達手段とを具備したことにより。

ペダルに加わる負荷が変るのに応して回転軸とクラッチ
リングの間を係止する圧接係合子の係止位置が変わるこ
とにより変速比の異なるチェーンホイールの組を選択し
て、変速操作を必要とせずに変速動作が行えるようにし
た自動変速装置を提供するものである。

また後輪の車軸を回転中心とする位置に設けられたチェ
ーンホイールと、上記チェーンホイール内に偏心して支
承され、かつ外周面にそれぞれ深さの異なる複数の係止
部を有する段溝が形成されたクラッチリングと、上記チ
ェーンホイールの内周部に設けられ、かつスプリングピ
ストン等の付勢手段により上記クラッチリングの段溝に
圧接係止される圧接係合子と、上記クラッチリングの内
周面に突設され、クラッチリング内に設けられた従動板
に選択的に係合してクラッチリングの回転をいづれかの
従動板に選択的に伝達する係合突起と、上記従動板のそ
れぞれに固定連動する歯数の異なる歯車及びこれら歯車
にそれぞれ噛合され、かつ同軸上に設けられた複数の歯
数の異なる歯車と、これら歯車の回転を車軸に伝える歯
車とを具備したことにより、後輪に加わる回転抵抗が変
るとこれに応してチェーンホイールとクラ、チリングの
間を係止する圧接係合子の係合位置が変って自動的に最
適な変速歯車を選択し、変速操作を必要とせずに変速動
作が行えるようにした自動変速装置を提供するものであ
る。

（実施例１） まずこの発明のベタル部に搭載する場合の自動変速装置
の実施例について第１図〜第３図を参照して説明する。

変速装置本体１には両端に図示しないペダルが取付けら
れた回転軸２が貫通して設けられている。

上記本体１の最外周部には複数枚例えば３枚のリング状
チェーンホイール３．４．５が設けられており９　これ
らチェーンホイール３．４５は例えば第２図に示すよう
に両側面に形成された環状の突条３ａ、４ａ、５ａ及び
環状の凹溝３ｂ、４ｂ、５ｂが互に嵌合した状態で本体
１両側の端板１ａに形成された環状の突条１ｂ及び凹部
１ｃに嵌合され、各スプロケットホイール３．４．５が
独立して回転できるように支承されている。

また上記各チェーンホイール３．４．５の内周部にはリ
ングギヤ３ｃ、４ｃ、５ｃが形成されていて（第１図参
照）、これらリングギヤ３Ｃ４ｃ、５ｃに回転軸２に対
して偏心して設けられたリング状の動力伝達部材６の外
周面に突設された突起６ａ、６ｂ、６ｃが選択的に噛合
されるようになっている。

上記動力伝達部材６は内周部が上記回転軸２に固着され
たローラ支持部材７に軸支され、かつローラ２ａの外周
面を転動する複数の自由口ト云する径の異なるローラ８
，９．１０によってローラ２ａと偏心しかつ回転自在に
支承さていると共に、動力伝達部材６の端部にはクラッ
チリング１１が固着されている。

上記クラッチリング１１の内周面には円周方向に等間隔
に複数個２例えば３個の係止部１１ａ１１ｂ、ＩＩＣが
上記動力伝達部材６の外周部の突起６ａ、６ｂ、６ｃと
同一配置で形成されている。

これら係止部１１ａないし１１Ｃの中心からの距離ｒ、
　、ｒＺ　＋　　’３は、係止部１１ａがもっとも大き
く、そして係止部１１Ｃがもっとも小さくなるようｒ、
＞ｒｔ　＞ｒ、の関係に設定されており、これら係止部
１１ａないし１１Ｃに上記ローラ保持部材７に設けられ
た圧接係合子１２が選択的に係合して回転軸２の回転を
クラッチリング１１を介して動力伝達部材６へ伝達する
ようになっている。

上記圧接係合子１２はローラ支持部材７のもっとも径の
大きなローラ１０を支承する支持部７ａの先端部に径方
向へ伸縮自在に支承され、内部に収容された圧縮ばね１
３により外周方向へ付勢されてクラッチリング１１の内
周面に圧接されている。

そしてペダルにより回転軸２の回転が開始されると、ま
ず最も小さい半径ｒ、の係合部１１ｃに係合し、以下負
荷が変わる毎に後述するよう係合位置が変って自動変速
が行われるようになっている。

一方上記チェーンホイール３．４．５の外周部にはチェ
ーンあるいはタイミングベルトよりなる無端ヘル）１５
．１６．１７がそれぞれ掛合されていると共に、これら
無端ベルト１５．１６．１７は後輪の車軸１８に設けら
れたそれぞれ径の異なるスプロケットホイール１９．２
０．２１に掛合されていて、スプロケットホイール３．
４．５の回転をスプロケットホイール１９．２０．２１
を介して車軸１８へ伝達するようになっている。

次に作用を説明すると通常走行時にはローラ支持部材７
に設けられに圧接係合子１２がクラッチリング１１のも
っとも大きい半径「１の係止部１１ａに係合されていて
、ペダルにより回転される回転軸２の回転を係止部１１
ａを介して動力伝達部材６へ伝達しており、このとき動
力伝達部材６の外周部に突設された係合突起６ａはチェ
ンホイール３のリングギヤ３Ｃに係合されている。

上記チェーンホイール３はもっとも径の小さなチェーン
ホイール１９に無端ヘルド１５を介して連動されており
、従って変速比がもっとも太きく設定されている。

通常はこの状態、すなわち高速で走行するが。

自転車が坂道などにさしかかってペタル即ち回転軸２に
加わる負荷が増大し、この負荷が予め設定された第１の
設定値（圧縮ばね１３のばね力で決まる）になると圧縮
ばね１３に抗して圧接係合子１２が没入されるため係止
部１１ａとの係合が外れて動力伝動部材６が回転抵抗に
より逆転され、クラッチリング１１の次の係止部１１ｂ
が圧接係合子１２へ係合されると共に、動力伝達部材６
はチェーンホイール３，４．５に対して偏心して設けら
れているため、逆転されることによりそれまでリングギ
ヤ３Ｃに係合していた係合突起６ａが脱し係合突起６ｂ
がチェーンホイール４のリングギヤ４ｃに係合され、動
力伝動部材６により回転されるようになる。

これによってチェーンホイール４と無端ベルト１６によ
り連動された中間の半径を有するチェーンホイール２０
に動力が伝達されて自転車は中速で走行すると共に、係
止部１１ａの半径ｒ２はｒ、＞ｒ２に設定されているた
め、圧縮ばね１３は係止部１１ａに係合されている時よ
り圧縮された状態となって圧接力を増し、さらに大きな
負荷が作用するまで係合状態を維持する。

一方向転車が急坂などにさしかかって負荷がさらに増大
し、第２の設定値になると、圧縮ばね１３に抗してさら
に圧接係合子１２が没入されるため、係止部１１ｂより
外れて動力伝達部材６が逆転し、圧接係合子１２はもっ
とも小さい半径ｒ３の係止部１１ｃへ係合されてチェー
ンホイール５を回転するようになる。

チェーンホイール５は無端へルト１７を介してもっとも
径の大きいチェーンホイール２１へ連動されているため
、変速比がもっとも小さくなって自転車は低速で走行す
るようになる。

以上のように車輪の回転抵抗が増加してペタルに加わる
負荷が増加する毎に自動的に変速比を小さくするため、
何等変速操作を必要としないで自動変速が可能になると
共に、後車輪にかかる回転抵抗が減少するとチェーンホ
イール３４．５が惰性で正転方向へ回転され、圧接係合
子１２の係合位置が係止部１１ｂ、１１ａへと順次移行
してそれぞれに応した変速圧が選択されるようになる。

自転車が静止状態から発進する場合はもっとも変速比の
小さい状態から順次変速比の大きい状態に変速移行する
ことは上述の負荷の減少するケースと同様である。なお
圧接係合子１２は第４図に示すように回転方向を指向す
るようにしてもよく、また圧接係合子１２の付勢手段は
第５図に示すようにねしりコイルばね１３゛にしてもよ
い。

さらに第６図に示すように圧接係合子１２の基端部を枢
着して、先端側を圧縮ばね１３により外側へ付勢するよ
うにしてもよい。このように圧接係合子の付勢手段は外
周方向へ付勢し得ればいかなる方法でもよく任意に選択
し得る。

なお、無端ベルト１５．１６．１７にタイミングヘルド
を使用する場合は、チェーンホイール３゜４．５にタイ
ミングスプロケットホイールを使用するものである。

さらに上記実施例では変速段を３段としたが。

４段かそれ以上にしても勿論よい。

（実施例２） 次に車体後部、すなわち後輪２５の車軸２６に装着され
た自動変速装置の実施例について第７図及び第８図を参
照して説明する。

自動変速装置本体３０は後輪２５より突設された車軸２
６の一端側に設けられている。

上記本体３０はチェーンケース３１とギヤケース３２を
存していて、チェーンケース３１内にチェーン３３が捲
装されたチェーンホイール３４が収容されている。

上記チェーンホイール３４の内周部には円周方向に等間
隔にローラ支持部３４ａが３個所突設されていて、これ
らローラ支持部にそれぞれ径の異なる３個のローラ３５
．３６．３７が回転自在に軸支されていて、これら３個
のローラ３５．３６．３７によりクラッチリング３８の
外周部が回転自在に支承さている。

上記クラッチリング３日はチェーンホイール３４の中心
、すなわち車軸２６の中心に対して偏心されていて、外
周面に複数個３例えば３個の係止部３８ａ、３８ｂ、３
８ｃを存する段溝３８ｄが形成されていて、この段１３
８ｄに上記チェーンホイール３４の内周部に設けられた
圧接係合子３９の先端が圧接されている。

上記圧接係合子３９はローラ３６．３７の　間に突設さ
れたガイド部３４ｂに基端部が摺動自在に嵌挿されてい
て、ガイド部３４ｂ及び圧接係合子３９内に収容された
圧縮ばね４０によりチェーンホイール３４の中心方向へ
付勢されて上記クラッチリング３８の段溝３８ｄ内へ圧
接されている。

また上記クラッチリング３８の各係止部３８ａないし３
８Ｃのうち、係止部３８ａがもっとも溝の深さが深く、
係止部３８ｂは上記係上部３８ａより浅く、そして係止
部３８ｃは係止部３８ｂよりさらに浅くなるように形成
されていて２後述する作用により上記圧接係合子３９と
の間で係脱動作が行われるようになっている。

また上記クラッチリング３８の内周面には波形係合突起
３８ｇ　、　３８ｈ　、　３８　ｉがクラ、チリフグ３
日の厚さ方向に位相を変え、かつ円周方向にも位置を異
ならせて３個所に突設されている。これら波形係合突起
３８ｇ　、　３８ｈ　、　３８　ｉはクラッチリング３
８内に設けられた３個の従動板４１ｂ、４２ｂ４３ｂに
それぞれ対応するように設けられている。

これら従動板４１ｂ、４２ｂ、４３ｂは車軸２６に同軸
的に支承された軸筒４１ａ　、　４２ａ　、　４３ａの
一端側に上記クラッチリング３８内側の波形係合突起３
８　ｉ　、　３８ｈ　、　３８ｇと対応して位置するよ
うに設けられている。

また軸筒４１ａ　、　４２ａ　、　４３ａの他端側はギ
ヤケース３２内へ突出されていて、それぞれ異なる歯故
に設定されたギヤ４１　ｃ　、　４２　ｃ　、　４３　
ｃが突設されている。

すなわち最も深い段？１３８ａに対応する内部波形係合
突起３８ｇが係合する従動板４３ｂの設けられた軸筒４
３ａには径の大きいギヤ４３ｃが、また従動板４２ｂが
設けられた軸筒４２ａには中間の大きさのギヤ４２Ｃが
、そして従動板４１ｂが設けられた軸筒４１ａには径の
小さいギヤ４１Ｃがそれぞれ設けられていて、これらギ
ヤ４３ｃ　、　４２ｃ　、　４１Ｃはギヤケース３２に
軸部４４ｄが回転自在に支承された中間ギヤ４４の各ギ
ヤ４４　ａ　、　４４　ｂ　、　４４　ｃにそれぞれ噛
合されている。

上記中間ギヤ４４には車軸２６に設けられた２６ａと噛
合するギヤ４４ｅも設けられていて、従動板の回転を車
軸２６へ伝達するようになっていると共に、車軸２６の
回転は後輪２５のスポーク取付リング４５内に設けられ
たフライホイール装置４Ｇのギヤ４６ａ及び爪体４６ｂ
を介してスポーク取付リング４５へ伝えられ、後輪２５
が回転されるようになっている。

次に上記構成された後輪用自動変速装置の作用を説明す
ると、ｉｉ１常走行時にはチェーンホイール３４に設け
られた圧接係合子３９は第７図に示すようにクラッチリ
ング３Ｂのもっとも深さの深い係止部３８ａと係合され
ていて、従って圧縮ばね４０はもっとも伸長された状態
にある。

ペダルの回転をチェーンホイール３４へ伝エルチェーン
３３を介してチェーンホイール３４が矢印ａ方向へ回転
されると、これとともにクラッチリング３８も矢印ａ方
向へ回転されると共に、このときクラッチリング３８の
波形係合突起３８ｇが従動板４３ｂと係合されていて、
クラッチリング３８の回転をこの従動板４３ｂへ伝える
ため、変速ギヤ４３Ｃが回転される。

変速ギヤ４３ｃはもっとも変速比が大きく設定されてい
て、チェーンホイール３４の回転を車軸２６へ伝えるた
め、自転車は高速で走行するようになる。また自転車が
坂道などにさしかかって負荷が増大し、この負荷が予め
設定された第１の設定値（圧縮ばね４０により決まる）
になると圧接係合子３９が係止部３８ａより外れてクラ
ッチリング３８が逆転し、圧接係合子３９が係止部３８
ｂに移行係合する。

係止部３８ｂは係止部３８ａより深さが浅く形成されて
いるため、圧縮ばね４０は圧縮されると共に、クラッチ
リング３８の逆転により、クラッチリング３８の内周部
に設けられた波形係合突起３８ｇと従動板４３ｂの係合
がはずれ、波形係合突起３８ｈが従動板４２ｂと係合す
るようになる。

これによってチェーンホイール３２の回転は中速段の変
速ギヤ４２ｃ及び中間ギヤ４４ｂを介して車軸２６へ伝
達されるため３　自転車は中速で走行するようになる。

一方登板などによって負荷がさらに増大し。

この負荷が第２の設定値に達すると、圧接係合子３９が
係止部３８ｂより外れてクラッチリング３８が逆転し、
圧接係合子３９がもっとも深さの浅い係止部３８Ｃへ係
合されると共に、クラッチリング３８内周の波形係合突
起３８ｉが従動板４１ｂに係合する。

従動板４１ｂは最も変速比の小さい低速段となっている
ため、自転車は低速で走行するようになる。

以上のように負荷に応じて自動変速が行われると共に、
後輪２５に加わる負荷が減小するとフライホイール装置
４６の４６ａの慣性によりタラワチリング３８が正転さ
れるため、圧接係合子３９の係合位置が係止部３８ｂ、
３８ａと順次移動し、負荷に応じた変速段が自動選択さ
れるようになる。

なお上記実施例では圧接係合子３９として圧縮ばねによ
り付勢されたスプリングピストンを用いたが、第９図に
示すように基端部が軸支された圧接係合子４７を用いて
もよい。このように係合子の付勢手段は内周方向へ付勢
し得ればいかなる方法でもよく任意に選択し得る。

（発明の効果） この発明は以上詳述したように、負荷に応じて変速比が
自動的に選択されることから、従来のように走行中変速
レバーにより変速操作を行う必要がなく、煩雑な操作か
ら解放されると共に、走行時の安全を図ることができる
。

また操作に油圧や電気などの動力を必要としないので５
装置全体を小型軽量に構成でき、これによって自転車な
どに容易に搭載できると共に、安価に提供することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図はペダル軸側に
装着された自動変速装置の一部切欠側面図５第２図は第
１図Ａ−Ａ線に沿う断面図第３図は図解的に示した分解
斜視図、第４図ないし第６図は圧接係合子についての他
の実施例を示す説明図、第７図は後輪側の車軸に装着さ
れた自動変速装置の実施例を示す側面図、第８図は第７
図Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、第９図は圧接係合子に関する
他の実施例を示す説明図である。 ２・・・回転軸 ３．４．５・・・チェーンホイール。 ６・・・動力伝達部材、　　　’８，９．１０・・・ロ
ーラ１１・・・クラッチリング、１２・・・圧接係合子
１９．２０．２１・・・後輪部チェーンホイール２５・
・・後輪、２６・・・車軸。 ３４・・・チェーンホイール、３Ｂ・・・クラッチリン
グ３９・・・スプリングピストン型圧接係合子４１ａ、
４２ａ、４３ａ・・・軸筒。 ４１ｂ、　４２ｂ、４３ｂ・・・従動板４１ｃ、４２ｃ
　４３ｃ・・・ギヤ ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｅ・＝ギヤ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心軸と偏心して支承せられその内周あるいは外
   周の円周方向並びにその直角方向の順次位相のずれた位
   置に複数の係合突起を有するクラッチリングと、中心軸
   と同一の回転中心をもち前記のクラッチリングの係合突
   起のいずれか一つと常に中心軸中心とクラッチリングの
   中心とを結ぶ線上の周辺において係合しいずれか一つが
   選択的に回転される複数の並列した従動部材と、駆動部
   材に取り付けられかつ予め設定されたバネ圧で一定方向
   に付勢される圧接係合子と、前記の各係合突起に対応す
   る複数個の段部によって肉厚が段階的に変化する如くに
   段溝を設けその各段部によって前記の圧接係合子を係止
   する係止部を持ちかつ前記のクラッチリングと一体に回
   転する如くに固定されたリング状動力伝達部材とを具備
   して成る自動変速装置。
2. （２）駆動部材がペタルクランクの中心軸であり、かつ
   従動部材が複数のチェーンホイールあるいはベルトプー
   リーである、請求項（１）記載の自動変速装置。
3. （３）駆動部材が後輪部位に架装されるチェーンホイー
   ルあるいはベルトプーリであり、かつ従動部材がそれぞ
   れ歯車比の異なる歯車群と固定連動して回転を後輪に伝
   える複数の回転従動板である、請求項（１）記載の自動
   変速装置。